We study molecular beam epitaxial (MBE) growth, structural and electrical properties of novel epitaxial metal/semiconductor heterostructures (MSHs), consisting of monocrystalline CoAl, an intermetallic compound, and AlAs/GaAs III-V semiconductors. The CoAl with stoichiometric composition has a CsCl-type crystal structure whose lattice constant is very close to half the lattice constant of GaAs and AlAs, hence, it is a good candidate as a constituent metal in epitaxial monocrystalline metal/semiconductor heterostructures. We explore MBE growth of CoAl thin films on AlAs/GaAs, and also semiconductor overgrowth on ultrathin CoAl films, together with structural characterizations by in-situ reflection high energy electron diffractions, ex-situ X-ray diffractions and cross sectional transmission electron microscopy. By optimizing the growth parameters and procedures, high quality monocrystalline CoAl/AlAs/GaAs heterostructures with atomically abrupt interfaces have been successfully grown. F
… Moreurthermore, we describe the electrical properties of such novel heterostructures, including Schottky barrier heights of CoAl/AlAs/GaAs MSHs and transport properties in ultrathin buried CoAl films.We have fabricated resonant tunneling structures having a buried ErAs semimetallic quantum well and AlAs double barriers, on (001) GaAs substrates. In order to suppress three dimensional island growth of GaAs and AlAs on ErAs and to obtain flat interfaces, we adopted a template approach, in which one monolayr of Mn was deposited on ErAs prior to the growth of AlAs, in molecular beam epitaxy. In the current-voltage characteristics at room temperature, negative differential resistance was clearly observed in a significant number of diodes with the ErAs thickness ranging from 2.6 nm to 5.0 nm. This room temperature device operation on (001) substrates is, we believe, an important step towards the realization of semimetal/semiconductor hybrid quantum devices.高温においても熱的安定性がありAlAs/GaAsとの相互拡散や反応がなく熱力学的に安定な界面を形成することのできるErAsは、As化合物でもあることからIII-V半導体MBEとは非常に整合性がよい。このErAs/III-Vの半金属/半導体ヘテロ構造をMBE法によって作製した。基板としてGaAs(001)を用い、GaAs/AlAs/ErAs/AlAs/GaAsのダブルヘテロ構造を形成することに成功した。MBE成長においては、高融点金属であるErの分子線もクヌードセンセルを加熱して得ることで、ErAsの組成と膜厚の原子レベルでの制御性を達成した。また独自のMnテンプレート法を用いることよって、厚さ20原子層程度のエピタキシャル半金属超薄膜を半導体中に作製することに成功した。(2)半金属量子井戸を持つ共鳴トンネルダイオードGaAs/AlAs/ErAs(2.6-5.0nm)/AlAs/GaAsの2重障壁ヘテロ構造をもつ共鳴トンネルダイオードを作製し、界面に垂直な方向の電流-電圧特性を測ったところ、室温で負性微分抵抗が観測された。ピーク-バレー比は、最大で2に達した。これは、ErAs超薄膜中の量子準位を反映した共鳴トンネル効果であり、半金属を量子井戸に持つヘテロ構造で、微分負性抵抗が観測されたのは、本研究が世界で初めてである。 Less